第 6 期周芳芳, 等 : 气相色谱 - 质谱法测定薄荷原油中的掺假植物油 767 L-menthol. As a sensitive and reliable method, it provides an effective technique for the quality control of

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州危
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1 第 21 卷第 6 期 2015 年 12 月 ( 自然科学版 ) JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY (NATURAL SCIENCE) Vol. 21 No. 6 Dec DOI: /j.issn 气相色谱 - 质谱法测定薄荷原油中的掺假植物油周芳芳 1,2, 胡艳云 2,3, 吕亚宁 2,3, 宋伟 2,3, 余璐 1,2, 韩芳 2,3, 郑平 2,3 (1. 安徽农业大学茶与食品科技学院, 合肥 ; 2. 安徽出入境检验检疫局检验检疫技术中心, 合肥 ; 3. 安徽出入境检验检疫局食品安全分析与检测安徽省重点实验室, 合肥 ) 摘要 : 采用气相色谱 - 质谱法, 对掺加 6 种食用植物油的薄荷油进行快速有效的鉴定分析. 通过检测薄荷油中是否含有植物油的特征成分, 如亚油酸油酸棕榈酸硬脂酸, 可以判断薄荷油样品中是否掺杂植物油. 对 6 种植物油 ( 豆油调和油芝麻油玉米油花生油菜籽油 ) 经甲酯化后的特征成分和共有组分进行分析. 结果表明 : 薄荷油经过甲酯化后, 利用植物油的特征峰, 能鉴别出薄荷油中是否掺有植物油, 最低可检出的掺加量为 0.001%, 并且根据 4 种特征脂肪酸峰面积总和与 L- 薄荷醇峰面积比值, 可以初步推断植物油的掺加水平. 该检验方法灵敏可靠, 可以为薄荷油的质量安全控制提供重要的技术依据. 关键词 : 薄荷油 ; 食用植物油 ; 掺假 ; 气相色谱 - 质谱中图分类号 : TS 文献标志码 : A 文章编号 : (2015) Determination of peppermint oil adulterated with plant oils by gas chromatography-mass spectrometry ZHOU Fang-fang 1,2, HU Yan-yun 2,3, LÜ Ya-ning2,3, SONG Wei 2,3, YU Lu 1,2, HAN Fang 2,3, ZHENG Ping 2,3 ( 1. School of Tea and Food Science, Anhui Agricultural University, Hefei , China; 2. Inspection and Quarantine Technology Center, Anhui Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Hefei , China; 3. Anhui Province Key Laboratory of Analysis and Detection for Food Safety, Anhui Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Hefei , China) Abstract: A rapid and sensitive method is proposed for determination of peppermint oil adulterated with six edible plant oils using gas chromatography-mass spectrometry (GC- MS). With identification of characteristic components of plant oils including linoleic acid, oleic acid, palmitic acid, and stearic acid, it can be determined whether the peppermint oil is spiked with plant oils. Common and special components of six plant oils including soybean oil, blend oil, sesame oil, corn oil, peanut oil, and rapeseed oil are discussed after methyl esterification. The results show that the peppermint oil with more than 0.001% plant oils can be detected. Levels of the adulteration of the plant oils can be obtained based on the peak area ratio between the sum of four kinds of characteristic fatty acid and 收稿日期 : 基金项目 : 国家质检总局科技计划资助项目 (2014IK130, 2014IK134); 安徽省科技攻关计划资助项目 ( C205) 通信作者 : 郑平 (1963 ), 男, 研究员, 研究方向为食品理化检测. ahciq hx@163.com

2 第 6 期周芳芳, 等 : 气相色谱 - 质谱法测定薄荷原油中的掺假植物油 767 L-menthol. As a sensitive and reliable method, it provides an effective technique for the quality control of peppermint oil. Key words: peppermint oil; edible plant oil; adulteration; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) 薄荷原油是指用水蒸气蒸馏法直接提取出来的挥发性原油, 为浅黄色或草绿色油状液体, 具有特殊清凉的香气. 薄荷原油的主要成分包括薄荷醇薄荷酮乙酸薄荷酯薄荷萜烯 [1-3], 其中薄荷醇的含量为 78% 85% [4]. 薄荷原油具有清凉止痒抗炎镇痛抗病毒抑菌等功效 [5-7], 在香精香料医药食品工业等领域具有很广阔的应用前景 [8-10]. 由于薄荷原油的价格高, 在薄荷油中添加松节油酒精植物油或其他廉价成分以次充好的现象时有发生. 植物油在薄荷油中具有较好的溶解性, 其颜色密度和折光率与薄荷油接近, 因此通过常规技术指标如色泽密度折光率旋光值等难以鉴别薄荷油中是否掺杂植物油. 掺入低廉的植物油已成为薄荷油掺假的一种主要手段. 目前, 对薄荷油的掺假鉴别主要针对是否掺有留兰香乙醇水等成分, 而对薄荷油中是否掺加食用植物油的掺假鉴别方法还未见报道. 薄荷原油常见的品质鉴定方法主要包括旋光度检测法 [11] 相对密度法 [12] 溶解度测定法 [13] 气相色谱 - 质谱 (gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS) 法 [14-16], 其中气相色谱 - 质谱法因选择性好, 在掺假成分鉴别分析方面的准确度更高. 本研究采用气相色谱 - 质谱法, [17] 对经过甲酯化的纯薄荷原油和掺加植物油的薄荷油样品进行分析, 检出了掺假薄荷油中的植物油特征成分, 据此提出了一种快速灵敏的分析方法, 以判断薄荷原油中是否掺加植物油. 1 实验 1.1 原料试剂和仪器实验原料与试剂 : 薄荷原油由安徽丰乐香料责任有限公司提供 ; 菜籽油大豆油芝麻油花生油玉米油调和油均为市售, 其中调和油中含有棕榈油大豆油 ; 氢氧化钾乙醇盐酸乙酸酐无水乙酸钠氯化钠碳酸钠酚酞无水硫酸钠均为分析纯, 购自上海国药集团 ; 甲醇正己烷均为色谱纯, 购自美国 TEDIA 试剂公司. 实验仪器 : MS 3 basic 涡旋混合器 ( 德国 IKA 集团 ); XP 205 分析天平 ( 瑞士梅特勒 - 托利多集团 ); 80-2 离心沉淀器 ( 上海手术器械厂 ); 带有 NIST11 检索谱库的 Agilent 7890A/5975C 气相色谱质谱联用仪 ( 美国安捷伦公司 ); HP-5ms 毛细管柱 (30 m 0.25 mm ID 0.25 µm, 美国安捷伦公司 ). 1.2 实验方法总醇的测定参照 SN/T [18]. 取 10 ml 样品 10 ml 乙酸酐 2 g 无水乙酸钠, 置于 100 ml 乙酰化烧瓶中, 接冷凝管, 并于 145 C 加热 75 min, 冷却. 加 50 ml 蒸馏水, 置 45 C 水浴 5 min, 时时震荡, 冷却. 转移至分液漏斗, 分层后弃去下层酸液, 用 50 ml 氯化钠饱和溶液洗涤, 弃去下层, 再分别用 50 ml 碳酸钠 - 饱和氯化钠溶液饱和氯化钠溶液洗涤. 最后用蒸馏水洗涤, 直至洗液呈中性, 将油层分出, 置于 25 ml 锥形瓶, 加 3 g 无水硫酸钠, 震荡 1 min, 静止 15 min, 过滤. 称取乙酰化后的试样 2 g 于 250 ml 锥形瓶中, 并加入 0.5 mol/l 氢氧化钾乙醇溶液 50 ml, 皂化 1 h, 冷却, 加 30 ml 蒸馏水 10 滴酚酞指示剂, 0.5 mol/l 盐酸标准溶液滴定, 重复实验并做空白测定甲酯化处理检测脂肪酸称 0.1 g 样品于 10 ml 试管, 加入 2 ml 正己烷 2 ml 0.4 mol/l 氢氧化钾 - 甲醇溶液, 混

3 768 ( 自然科学版 ) 第 21 卷匀 1 min 后静置 30 min, 再加 5 ml 蒸馏水, 离心 2 min, 取上清液, 稀释 5 倍后直接进样色谱条件载气 : 纯度为 % 氦气 ; 进样口温度 280 C; 进样量 1 µl; 分流比柱温 : 初始温度 50 C, 保持 1 min, 以 10 C/min 速率升至 280 C, 保持 6 min; 柱流量 1.0 ml/min. 质谱 : EI 源, 接口温度 250 C, 离子源温度 200 C, 溶剂延迟 5 min; 全扫描模式, 扫描数值为 amu. 2 结果与讨论 2.1 薄荷油掺加不同植物油的检测方法薄荷油掺加不同植物油对总醇含量的影响总醇含量是薄荷油的一项重要理化指标. 为了考察薄荷油中掺加不同植物油后总醇含量的变化, 设计了薄荷原油中不同比例和不同品种的植物油掺加实验, 结果如表 1 所示. 表 1 掺假薄荷油的总醇含量 Table 1 Content of total alcohol in peppermint oil adulteration % 添加物添加量 5% 10% 20% 花生油玉米油芝麻油大豆油菜籽油调和油未掺加植物油的薄荷原油, 总醇含量为 84.60%. 由表 1 可知, 掺加 5% 20% 植物油的掺假薄荷油的总醇含量为 78.06% 83.35%. 虽然掺假前后薄荷油的总醇含量有所变化, 但仍在标准要求 (78% 85%) 范围内. 因此, 按照测定总醇的方法, 不易检出薄荷油是否掺假. 这说明薄荷油掺假的常规理化检验法有一定的缺陷, 难以进行定性分析. 2.2 薄荷油掺加植物油的气相色谱 - 质谱分析薄荷油掺加食用植物油的 GC-MS 鉴定为了研究掺加植物油后薄荷油成分的变化, 在薄荷油中添加 0.001% 的任意植物油, 对该样品甲酯化处理后进行气相色谱 - 质谱分析. 图 1 为薄荷原油掺加 0.001% 植物油的薄荷油甲酯化后的气相色谱 - 质谱图. 由图 1 可以看出, 薄荷油组分的色谱峰分离效果较好. 薄荷油中主要化合物的保留时间分布在 0 15 min; 而掺假薄荷油 ( 甲醇化 ) 中检出硬脂酸甲酯亚油酸甲酯油酸甲酯棕榈酸甲酯 4 种非薄荷油成分, 其保留时间分布在 min 薄荷油掺假测定中甲酯化的必要性薄荷油的主要成分是沸点较低容易气化的薄荷醇以及薄荷酮异薄荷酮等物质, 可以直接用气相色谱或气相色谱 - 质谱仪进行分析 ; 而植物油的主要成分是沸点较高的多种长链饱和及不饱和脂肪酸, 难以气化, 因此一般在气相色谱分析前, 先采用甲酯化的方法来降低其沸点. 由于甲酯化可以避免分子间形成氢键, 从而降低分子的极性, 因此脂肪酸经甲酯化后更容易气化.

4 第 6 期周芳芳, 等 : 气相色谱 - 质谱法测定薄荷原油中的掺假植物油 769 图 1 薄荷原油和掺加 0.001% 植物油的薄荷油的气相色谱 - 质谱总离子流图 Fig. 1 GC-MS total ion chromatogram of peppermint oil and peppermint oil added with 0.001% plant oil 食用植物油甲酯化后的 GC-MS 检测常用的植物油包括芝麻油大豆油菜籽油调和油玉米油花生油. 为了鉴别薄荷中是否添加植物油, 本实验对 6 种植物油进行了成分分析和鉴定, 归纳其共有组分, 以实现对掺假薄荷油中特征化合物的监测. 利用全扫描谱图可以确定 6 种植物油的主要成分 ( 见表 2). 表 2 食用植物油甲酯化后的主要成分及谱库检索匹配度 Table 2 Main components and MS matched results of methyl methylated oils % 植物油主要成分棕榈酸甲酯亚油酸甲酯油酸甲酯硬脂酸甲酯花生酸甲酯二十二烷酸甲酯芥酸甲酯芝麻油大豆油菜籽油调和油玉米油花生油由表 2 可知, 6 种食用植物油甲酯化后含有的共同成分有棕榈酸甲酯亚油酸甲酯油酸甲酯硬脂酸甲酯, 且谱图检索匹配度为 96% 99%. 因此, 通过检测薄荷油甲酯化后是否含有这 4 种化合物, 可鉴定薄荷油是否掺加这 6 种食用植物油含有混合食用植物油的薄荷油掺假鉴定由于在薄荷油中掺加的植物油可能是混合油或调和油, 为了考察在薄荷油中掺入 0.001% 混合油后是否能检出这 4 种特征化合物, 本实验将各种植物油以任意比例混合, 混合后的植物油以 0.001% 的掺加比例加入薄荷油中, 用以模拟薄荷油的真实掺假状态, 具体如表 3 所示. 实验结果表明, 掺有 0.001% 的单一植物油或混合植物油的薄荷油经甲酯化后, 在相同的 GC-MS 检测条件下均可以检出硬脂酸甲酯亚油酸甲酯油酸甲酯棕榈酸甲酯这 4 种植

5 770 ( 自然科学版 ) 第 21 卷物油甲酯化的特征成分. 因此, 依据甲酯化的薄荷油中是否含有这 4 种特征性脂肪酸, 可以对薄荷油是否掺加植物油进行分析鉴定, 检测结果如图 2 所示. 表 3 掺假薄荷油的模型设计 Table 3 Design of peppermint oil adulteration 基础油薄荷油掺加油菜籽油花生油大豆油芝麻油玉米油调和油 ( 以棕榈油大豆油为主要成分 ) 1 # 油 ( 菜籽油花生油 ) 2 # 油 ( 玉米油芝麻油大豆油 ) 3 # 油 ( 菜籽油花生油玉米油芝麻油调和油 ) 图 2 分别掺加 0.001% 2 # 油和菜籽油的薄荷油气相色谱 - 质谱总离子流图 Fig. 2 GC-MS total ion chromatogram of peppermint oil added with 0.001% 2 # oil, rapeseed oil 对掺假薄荷油中植物油掺加量的初步推断为了研究薄荷油中植物油的掺加水平, 分别选取 6 个地区生产的 5 种植物油, 并对掺加不同比例植物油的薄荷油甲酯化后含有的 4 种特征脂肪酸的总峰面积 S 1 与 L- 薄荷醇的峰面积 S 2 的比值 (S 1 /S 2 ) 进行分析, 每份样品平行测定 6 次, 测定结果的相对标准偏差为 2.9% 6.5%, S 1 /S 2 的平均结果如表 4 和 5 所示. 由表 4 可知 : 添加同一种植物油, 掺加比例不同, S 1 /S 2 也不同 ; 而对于不同品种的植物油, 其掺加比例相同时, S 1 /S 2 相近. 在薄荷油中掺加 1%, 5%, 10%, 20% 比例的植物油, S 1 /S 2 分别为 , , , 对掺加不同比例混合植物油的薄荷油进行分析得出 S 1 /S 2 也在上述比值范围内. 根据表 5 中的结果, 以植物油中油酸 / 亚油酸峰面积比值为横坐标, S 1 /S 2 为纵坐标进行作图,

6 第 6 期周芳芳, 等 : 气相色谱 - 质谱法测定薄荷原油中的掺假植物油 771 结果如图 3 所示. 可以看出, 当植物油的掺加比例相同时, 虽然油酸 / 亚油酸峰面积比值变化较大, 但 S 1 /S 2 接近, 因此根据 S 1 /S 2 可初步推断薄荷油中植物油的掺加水平. 表 4 掺假薄荷油甲酯化后 4 种特征脂肪酸峰面积总和与 L- 薄荷醇的峰面积比值 (S 1/S 2) Table 4 Peak area ratios of four kinds fatty acids totally and L-menthol in peppermint oil 掺加油 added with plant oils(s 1/S 2) 添加量 1% 5% 10% 20% 菜籽油大豆油花生油玉米油芝麻油表 5 掺假薄荷油甲酯化后 4 种特征脂肪酸峰面积总和与 L- 薄荷醇的峰面积比值 (S 1/S 2), 以及油酸与亚油酸的峰面积比值 Table 5 Peak area ratios of oleic acid and linoleic acid, and the peak area ratio of four kinds fatty acids totally and L-menthol in peppermint oil added with plant oils 掺加量 1% 5% 10% 20% 菜籽油大豆油花生油玉米油芝麻油 X Y X Y X Y X Y X Y 注 : X 掺假薄荷油甲酯化后油酸与亚油酸的峰面积比值 ; Y 掺假薄荷油甲酯化后 4 种特征脂肪酸峰面积总和与 L- 薄荷醇的峰面积比值 (S 1/S 2).

7 772 ( 自然科学版 ) 第 21 卷图 3 掺假薄荷油中植物油掺加量的变化分析 Fig. 3 Variations of the content of plant oils in adulterated peppermint oil 研究结果表明, 通过棕榈酸油酸亚油酸硬脂酸这 4 种物质甲酯化后的峰面积总和与 L- 薄荷醇峰面积的比值 S 1 /S 2, 可大致推断植物油的掺加水平 W. 当 S 1 /S 2 < 时, W < 1%; 当 S 1 /S 时, 1% W 5%; 当 < S 1 /S 时, 5%< W 10%; 当 < S 1 /S 时, 10%< W 20%; 当 S 1 /S 2 > 时, W > 20%. 2.3 对实际样品的检测根据上述分析建立实验方法, 对 50 份薄荷原油样品进行气相色谱 - 质谱分析, 结果在其中的 1 份样品中检出植物油成分. 对该掺假薄荷油样品进行 6 次重复检测, 图 4 为薄荷原油掺假样品的全扫面质谱图. 通过面积归一化法计算, 其 S 1 /S 2 的平均值为 0.488, 相对标准偏差为 5.5%, 因此初步推断该掺假薄荷油中掺加了 5% 10% 的植物油. 图 4 掺假薄荷油样品的气相色谱 - 质谱总离子流图 Fig. 4 GC-MS total ion chromatogram of the peppermint oil sample added with plant oils 3 结束语本实验方法针对植物油中含有的油酸亚油酸等特征脂肪酸, 利用气相色谱 - 质谱法对掺有各类植物油的薄荷油进行掺假鉴定, 最低可以检出掺加量为 0.001% 的植物油成分. 掺加量低于 0.001% 时, 薄荷油的掺假意义不大. 根据 4 种特征脂肪酸峰面积总和与 L- 薄荷醇峰面积比值, 可以初步推断植物油的掺加水平. 本方法简单快速准确, 对保证薄荷油的品质, 打击掺假行为, 维护市场秩序有着重要的意义. 参考文献 : [1] 魏兴国, 董岩, 崔庆新, 等. 野生薄荷挥发油化学成分的 GC-MS 分析 [J]. 烟台师范学院学报 : 自然科学版, 2003, 19(2):

8 第 6 期周芳芳, 等 : 气相色谱 - 质谱法测定薄荷原油中的掺假植物油 773 [2] 叶兰荣, 姚雷, 徐勇, 等. 四种薄荷植物学性状和精油成分的比较 [J]. 上海交通大学学报 : 农业科学版, 2006, 24(5): [3] 苏越, 王呈仲, 郭寅龙. 基于准确质量测定和保留指数的 GC-MS 分析薄荷挥发性成分 [J]. 化学学报, 2009, 67(6): [4] 陈为民, 葛萌, 孙慧, 等. 薄荷脑 ( 油 ) 的检验标准与方法 [J]. 牙膏工业, 2008, 15(1): [5] 陈光亮, 姚道云, 汪远金, 等. 薄荷油药理作用和急性毒性的研究 [J]. 中药药理与临床, 2001, 17(1): [6] 李慧, 白红彤, 王晓, 等. 椒样薄荷薄荷和苏格兰留兰香精油与抗生素的协同抑菌功能 [J]. 植物油学报, 2011, 46(1): [7] 贾秀艳. 薄荷精油的超临界二氧化碳提取及其抗菌活性研究 [J]. 食品工业, 2014, 35(5): [8] 陈峣. 薄荷醇羰基酸酯的合成工艺及其在药物合成中的应用研究 [D]. 上海 : 华东理工大学, 2013: [9] 霍中芬. 薄荷油敷脐治疗维持性血液透析患者便秘 30 例 [J]. 河南中医, 2014, 34(3): [10] 刘明学, 申秀娟, 李琼芳, 等. 薄荷浸提液的抑菌效果及猪肉保鲜研究 [J]. 食品科技, 2009, 34(6): [11] 孙宝良, 李百芳, 李玉娟, 等. 由旋光率的测定来分析中药薄荷油的纯度 [J]. 中国医学物理学杂志, 2003, 20(4): 237. [12] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 香料相对密度的测定 [S]. 北京 : 中国标准出版社, [13] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 香料乙醇中溶解 ( 混 ) 度的评估 [S]. 北京 : 中国标准出版社, [14] 郑月明. 色谱技术在食用植物油品质评价中的应用 [D]. 北京 : 中国农业科学院, 2013: [15] 安秋荣, 郭志峰. 用 GC-MS 法分析春秋季薄荷油成分 [J]. 分析测试学报, 2000, 19(5): [16] 刘必英, 谢义梅, 单长海. 气相色谱 - 质谱法对植物油中搀兑棕榈油的定性研究 [J]. 商品与质量 : 理论研究, 2012(5): 321. [17] 寇秀颖, 于国萍. 脂肪和脂肪酸甲酯化方法的研究 [J]. 食品研究与开发, 2005, 26(2): [18] 中华人民共和国国家进出口商品检验局. SN/T 出口芳香油单离和合成香料总醇的测定乙酰化法 [S]. 北京 : 中国标准出版社, 1998.

结果与讨论

结果与讨论金青哲谢峰丁志华施峰华王兴国利用碳同位素比值法进行花生油和玉米油掺合物的检测研究用气相色谱仪获得转化途径的玉米油和转化途径的花生油的脂肪酸组成再用气相色谱燃烧同位素比值质谱仪确定三种主要脂肪酸的值利用所测得的数据构建了玉米油与花生油混合油中主要脂肪酸的值混合比例的标准曲线结果表明玉米油与花生油的值差异很大应用试验中将花生油与一种未知的其他植物油进行掺和